Водяной калорифер для приточной вентиляции: классификация, принцип работы, расчёт мощности

Калориферы для приточной вентиляции применяют в тех случаях, когда нужно обеспечить поступление во внутреннее помещение свежего воздуха извне при низких температурах. Летом наладить воздухообмен в жилых домах и на производственных предприятиях достаточно просто: при установке приточного вентилятора нужно только рассчитать его мощность для конкретной площади. Если же воздух снаружи холодный, то его прямое поступление внутрь здания ведёт к потере тепла.

Сбалансировать разницу температур, при этом освежая воздух, можно при помощи калорифера, который устанавливается непосредственно в системе вентиляции. Приходящий с улицы воздушный поток достигает необходимых параметров, проходя через систему фильтрации, нагревающие и охлаждающие элементы. Кроме этого, регулируется и содержание влаги.

Классификация

Для создания в здании оптимального микроклимата применяется система калориферного обогрева, то есть принудительного подогрева с помощью оборудования, которое устанавливается в воздушных каналах.

В зависимости от того, какой теплоноситель используется, выделяют 4 типа калориферов:

• Паровые – применяются чаще всего на промышленных предприятиях, где выработка пара предусмотрена технологическими процессами.
• Электрические – этот вариант самый простой в установке (нужен только источник питания для нагрева встроенных ТЭНов), но требует большого расхода электроэнергии. Использование электрокалорифера считается целесообразным только на объектах, площадь которых не превышает 150 м²
• Водяные – этот тип нагревателя работает на основе горячей воды и устанавливается в системах вентиляции с прямоугольным или круглым сечением на площадях свыше 150 м² Данный тип обогрева надёжен, практичен, прост в обслуживании и недорог.

Особенностью нагревателя является то, что состав поступающего с улицы воздушного потока не должен быть липким, волокнистым, содержать твёрдые частицы. Допустимая запылённость — не более 0,5 мг/м³. Минимальная температура забираемого воздуха -20 °C.

При выборе калорифера учитывают следующие факторы:

• площадь помещения;
• погодные условия в данном климатическом поясе;
• мощность вентиляции.

Нагреватель устанавливают во внутренней части вентиляционной шахты, поэтому он должен соответствовать её параметрам (конфигурации и размеру).

Если производительность будет низкой, то прибор не сможет прогреть воздушные массы.

Если нет возможности установить калорифер с нужными параметрами, то последовательно монтируются несколько механизмов, имеющих меньшую мощность.

Водяной калорифер: особенности конструкции

Водяной калорифер для приточной вентиляции экономичен в сравнении с электрическими аналогами: для того, чтобы нагреть одинаковый объём воздуха, используется энергии в 3 раза меньше, а производительность гораздо выше. Экономия достигается благодаря подключению к системе центрального отопления. С помощью термостата легко устанавливать необходимый температурный баланс.

Автоматическое управление повышает эффективность. Щит управления приточной вентиляцией с водяным калорифером не требует дополнительных модулей и представляет собою механизм управления и диагностирования аварийных ситуаций.

Состав системы выглядит следующим образом:

• Температурные датчики уличной и обратной воды, приточного воздуха и степени загрязнённости фильтров.
• Заслонки (для рециркуляции и воздушные).
• Клапан нагревателя.
• Циркуляционный насос.
• Капиллярный термостат защиты от замерзания.
• Вентиляторы (вытяжной и приточный) с механизмом контроля.
• Контроль вытяжного вентилятора.
• Пожарная сигнализация.

Водяной и паровой калориферы представлены в трёх разновидностях:

• Гладкотрубные: большое количество полых трубок расположены вблизи друг от друга; теплоотдача небольшая.
• Пластинчатые: ребристые трубки увеличивают площадь теплоотдачи.
• Биметаллические: патрубки и коллекторы сделаны из меди, алюминиевое оребрение. Наиболее эффективная модель.

Принцип работы

Вентилятор, теплообменник и конвектор – так в общих чертах выглядит водяное нагревательное устройство.

Принцип работы приточной вентиляции таков:

1. Воздушный поток поступает в специальные воздухозаборные решётки, предохраняющие от попадания в каналы вентиляции насекомых, мелких предметов, птиц, животных.
2. Фильтры очищают воздух от загрязнений, вредных веществ, пыли.
3. Калорифер при помощи тепла, поступающего от водяной магистрали, нагревает его до нужной температуры.
4. Рекуператор смешивает вновь поступающий воздух с нагретым.
5. Вентилятор подаёт прогретые воздушные массы в помещение, а диффузор распределяет их равномерно по всей площади.
6. Шумопоглотители снижают звуковую мощность работающей установки.
7. В случае отключения подачи воздуха срабатывают клапаны, не допускающие поступления холодного воздушного потока внутрь помещения.

Калорифер, не имеющий собственного нагревателя, состоит из двух основных элементов:

• Теплообменник, конструкция которого представлена системой трубок из металла – вода, поступающая из общей системы отопления, достигает здесь необходимой температуры.
• Встроенный вентилятор, разгоняющий прогретый воздушный поток по всей территории.

Подключение

Поступление воздушных масс может осуществляться в одном из двух вариантов:

• Левое выполнение: смесительный узел и автоматическое управление устанавливаются с левой стороны, подача воды производится сверху, отток — в нижней части.
• Правое выполнение: указанные механизмы находятся справа, трубка для подачи воды — внизу, «обратка» – в верхней части.

Трубки размещают на той стороне, где установлен воздушный клапан.

Водяные калориферы разделяются на 2 вида по типу вентиля:

• двухходовой – при подключении к общему теплоснабжению;
• трехходовой – при замкнутом способе снабжения теплом (к примеру, при подключении к котлу).

Вид вентиля определяется характеристиками системы, снабжающей теплом. К ним относятся:

• Вид системы.
• Температура воды в начале процесса и при оттоке.
• При центральном водоснабжении – разница между давлением в трубах подачи воды и её оттока.
• При автономном – наличие или отсутствие насоса, установленного на контуре притока.

Схема установки должна предусматривать недопустимость монтажа в следующих случаях:

• с вертикальным вводом и выводом трубы;
• с верхним забором воздуха.

Такие ограничения обусловлены возможностью попадания снежных масс в приток оборудования и дальнейшей протечки талой воды в электронный блок.

Чтобы избежать сбоев работы блока автоматики, датчик температуры должен находиться во внутренней части элемента выдува воздуха на расстоянии не менее 0,5 м от механизма притока.

Методы обвязки

Обвязка представляет собою каркас из арматуры, с помощью которого регулируется поступление горячей воды. Узел обвязки помогает контролировать производительность калорифера приточной вентиляции, управлять им и поддерживать в здании заданный температурный режим.
Расположение узлов обвязки определяется местом установки, схемой воздухообмена, техническими параметрами оборудования. Применяют 2 варианта монтажа:

• Рециркуляционные воздушные массы смешиваются с приточными.
• Осуществляется только рециркуляция воздуха внутри помещения по замкнутому принципу.

С учётом этого существуют 2 метода обвязки:

• 2-ходовыми вентилями – при неконтролируемом обратном расходе воды;
• 3-ходовыми вентилями – при контроле за расходом воды в бойлерной или котельной.

Некоторые производители — например, «Интеграция» — выпускают узлы обвязки различной модификации, представляющие собою целые комплекты, состоящие из клапанов (балансировочных и обратных, двух и трёхходовых), насосов, байпасов, шаровых кранов, манометров, очистительных фильтров.

Если естественная вентиляция налажена хорошо, то возможностей для успешной работы оборудования гораздо больше. Правильный выбор обвязки в таких случаях эффективен, как для нагрева больших площадей на производстве, так и для частных домов, коттеджей.

Калорифер, используемый для вентиляции, обычно подключают к системе отопления непосредственно в точке воздухозабора. Если действует принудительная вентиляция, то монтаж воздухонагревателя может быть проведён в любом месте.
Калориферы для приточной вентиляции позволяют создать комфортный температурный режим как в промышленных, так и в жилых помещениях. Важно только правильно определиться с выбором теплоносителя, который будет наиболее эффективным (с минимальными затратами при максимальной производительности) в определённых условиях. Автоматизированная система – как, например, щит управления приточной вентиляцией с водяным калорифером, — позволит сделать использование нагревательных приборов для приточной вентиляции удобным и безопасным.

Расчёт водяного калорифера

Расчёт мощности калорифера, необходимой для обогрева конкретного помещения, проводят с учётом таких данных, как:

1. Объём (масса) приточного воздуха, который необходимо нагреть.
2. Начальная (внешняя) температура воздушных масс.
3. Целевая температура, до которой необходимо разогреть воздух перед подачей в комнату.
4. Температурный режим теплоносителя.

Расчёт калорифера производят исходя из площади поверхности подогрева и нужной мощности. Для каждой операции применяется своя формула. Рассчитать мощность калорифера можно только с учётом реальных данных в конкретных условиях, среди которых наиболее важные:

• способ подключения (к центральной теплосети или котельной);
• метод обвязки.

Расчёт мощности калорифера

Q_т – тепловая мощность калорифера, Вт;
L – расход воздуха, м³/час
ρ_возд – плотность воздуха. Плотность сухого воздуха при 15 °C на уровне моря составляет 1,225 кг/м³;
с_возд – удельная теплоёмкость воздуха, равная 1 кДж/(кг∙К)=0,24 ккал/(кг∙°С);
t_вн – температура воздуха на выходе из калорифера, °C;
t_нар – температура наружного воздуха, °C (температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 согласно СП 131.13330.2012)

Калькулятор расчёта мощности калорифера

Расход теплоносителя на калорифер

G — расход воды на теплоснабжение калорифера, кг/ч;
3,6 — коэффициент перевода Вт в кДж/ч (для получения расхода в кг/ч);
Q_т – тепловая мощность калорифера, Вт;
с_в – удельная теплоёмкость воды, равная 4,187 кДж/(кг∙К)=1 ккал/(кг∙°C);
t_пр – температура теплоносителя (прямая линия), °C;
t_обр – температура теплоносителя (обратная линия), °C.

Калькулятор расхода теплоносителя на калорифер

Диаграмма процесса нагрева воздуха

Определить потребную мощность калорифера можно с помощью специальных диаграмм. Количество необходимой энергии (Джоулей) для нагрева 1 килограмма воздуха производится с помощью i–d диаграммы влажного воздуха. Расчёт производится при условии, что процесс нагрева воздуха протекает при d = const (при неизменном влагосодержании). Далее, с учётом расчётного расхода воздуха, перевода единиц (Дж/с в кВт), определяется мощность калорифера.

Для получения точных данных можно воспользоваться онлайн-калькуляторами, с помощью которых можно узнать показатель мощности, указав производительность и температуру. Так как производительность установки в результате постепенного износа может снижаться, рекомендуется заложить в расчёт запас мощности от 5 до 15%.

Достоинства и недостатки водяных калориферов

Калорифер водяной для приточной вентиляции имеет существенные минусы, ограничивающие его применение в жилых помещениях:

• большие габариты;
• сложность подключения к общей системе горячего водоснабжения;
• необходимость жёсткого контроля температуры теплоносителя в системе водоснабжения.

Однако, для создания комфортной температуры в больших помещениях (производственных цехах, теплицах, торговых центрах), применение таких нагревательных установок является наиболее удобным, эффективным, экономичным.

Водяной калорифер не нагружает электросеть, его поломка не спровоцирует возгорание – эти факторы делают использование оборудование безопасным.

Схема подключения электрического калорифера

Калорифер электрический ЭКОЦ. Схема электрическая.

Недавно пришлось мне подключать электрический калорифер ЭКОЦ-25. Его фото и параметры можно легко найти в интернете, а схема приведена в начале статьи.

Калорифер состоит из корпуса, в котором установлены три ступени электронагревателей и электродвигатель вентилятора. Вентилятор калорифера засасывает уличный воздух, ТЭНы его нагревают, и далее воздух поступает в обогреваемое помещение.

Как следует из названия, главный параметр – мощность калорифера – имеет значение 25 кВт. Кроме того, калорифер – источник повышенной пожароопасности, поэтому к его установке и подключению надо подходить ответственно.

ТЭНы в таких схемах, как правило, включены в систему “Звезда”, напряжение каждого ТЭНа – 220В. Подробнее рассказано в статье про системы Звезда и Треугольник, которые используются в однофазной и трехфазной сетях 220 В и 380 В.

Предыдущий калорифер имел примерно такую же мощность, и был подключен по такой схеме:

Как нельзя подключать калорифер. Неправильная схема промышленного калорифера на 380 В.

Как видно из схемы, двигатель вентилятора (воздуходува) мощностью менее 1 кВт подключен параллельно с тенами мощностью почти 25 кВт.

Будет ли работать такая схема? Конечно, будет. Вот только около такого калорифера надо постоянно дежурить с огнетушителем и быть готовым отключить в случае чего рубильник.

У этой схемы есть только одна защита – термореле, которое должно в ответственный момент отключить пускатель и не допустить перегрев и возникновение пожара. Есть и преимущество – от шкафа управления к калориферу идет только один трехфазный провод (плюс земля и два проводка на термо реле). Это тот случай, когда экономятся деньги в ущерб безопасности.

В данном случае оказалось, что двигатель крутиться перестал (пропала фаза или что было – уже не известно), термореле сработать не успело или совсем не сработало, в результате чудом удалось избежать пожара.

Я принялся искать более толковую схему подключения калорифера. Оказалось, что есть специальный Блок Управления калорифером БУ-3-25. Из названия следует, что он имеет 3 степени регулирования и мощность нагрузки 25 кВт. Схемы его не оказалось, имеется только схема подключения:

Схема подключения блока управления калорифером

Из этой схемы видно, что блок управления переключает секции ТЭНов в соответствии с заданной температурой. Из описания следует, что блок контролирует температуру в обогреваемом помещении и в случае, если она ниже, чем заданная, включает калорифер.

Также в моделях калориферов ЭКОЦ с мощностью 40 и более кВт обеспечивается задержка выключения вентилятора при выключении ТЭНов. Температура задается плавно потенциометром, а включением количества секций нагрева изменяется мощность (скорость) нагрева (достижения заданной температуры).

Термореле ТК-20 обеспечивает аварийную защиту от перегрева в случае нагрева корпуса калорифера выше 140 0 С.

Мне требовалось создать шкаф управления без особых изысков, ступенчатого и тем более плавного изменения мощности и температуры не требовалось. Обогревать необходимо производственное помещение площадью около 120 кв.м в зимнее время.

За основу решено было взять такую схему:

Схема пульта управления калорифером (исходный вариант)

Эта схема имеет температурную защиту, защиту двигателя вентилятора, блокировку включения ТЭНов без вентилятора (на схеме показана как-то не явно), индикацию включения. В результате блок управления калорифером собран по нижеприведенной схеме:

Калорифер для приточной вентиляции – электрическая схема подключения

Работает схема следующим образом. Сначала первой кнопкой ПУСК включается пускатель КМ1 и запускается вентилятор калорифера. Двигатель вентилятора защищен тепловым реле РТЛ на соответствующий ток. При срабатывании теплового реле (проблема с вентилятором) цепь питания пускателя КМ1 размыкается, и питание двигателя отключается.

Когда включен вентилятор калорифера, возможно включение ТЭНов, благодаря замыканию блокировочных контактов КМ1.5. ТЭНы включаются нажатием второй кнопки ПУСК. При этом включается промежуточный пускатель КМ2, который включает мощный пускатель 4-й величины, включающий через свои контакты собственно ТЭНы. Нагреватели подключены все сразу для максимальной мощности нагрева помещения.

В этой схеме для обеспечения пожарной безопасности предусмотрены такие способы защиты:

• защита от остановки двигателя (тепловое реле RT1)
• защита от включения нагрева без включения вентилятора (КМ1.5)
• защита от проблем (перегрева) мощного пускателя (контакты RT2) – это ставить не обязательно
• защита от перегрева корпуса калорифера выше 140 0 С (тепловое реле RT3). При этом вентилятор продолжит вращаться в обычном режиме, что легко устранит перегрев.

Схему можно дополнить индикацией включения пускателей и индикацией аварий (замыкающие контакты тепловых реле). Также можно ввести трехполюсный автоматический выключатель на цепь питания ТЭНов. Ток – 40 или 50 Ампер. И автомат на 63 Ампера на вход устройства, так как пусковой ток небольшой.

Но ставить автомат на цепь питания вентилятора категорически не рекомендую (разве что с доп.контактами). Ведь если он отключится, защиту обеспечит только термореле RT3, а после его срабатывания температура корпуса калорифера может достигнуть 200 0 С из-за тепловой инерции. Кроме того, надежность срабатывания термореле у меня лично вызывает сомнение.

И в заключение о реализации блока управления. Схема собрана на пускателях, параметры которых приведены на схеме. Шкаф управления калорифером необходимо установить по возможности ближе к калориферу. Это позволит избежать большой длины трассы, а главное – проводов большого сечения. Однако, на шкаф не должен воздействовать горячий воздух.

Трасса состоит из таких кабелей:

• кабель 4х6 – питание ТЭНов, заземление. Провод заземления рекомендуется прокладывать отдельно.
• кабель 4х1,5 – питание электродвигателя вентилятора калорифера, заземление двигателя.
• кабель 2х1,0 (2х0,75) – провода к термореле.

Электрический промышленный калорифер является очень энергоемким устройством, потребляющим в данном случае 25 кВт в час. Так как стоимость обогрева электрическим способом высока, гораздо выгоднее применять водяные калориферы, а электрические устанавливать на крупных предприятиях. Например, в моём случае мощность промышленного оборудования в обогреваемом цеху составляет более 100 кВт. На настоящий момент калорифер работает более года (прошло 2 зимних периода) без нареканий.

Скачать: • Электрокалориферные установки ЭКОЦ / Электрокалориферные установки ЭКОЦ, pdf, 614.21 kB, скачан: 1462 раз./
– описание, технические параметры, габаритные размеры, блоки управления.